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热泵技术应用现状与前景展望
在全球碳中和行动加速推进背景下，能源体系转型已成国际共识。国际能源署（IEA）预测，至2050年全球26亿人口将面临供暖与制冷双重需求，兼具供能效率与低碳属性的热泵技术（Heat pumps）将成为建筑改造与新建项目的核心解决方案。《麻省理工科技评论》评选的"2024年十大突破技术"中，热泵技术凭借其通过电能或热能驱动实现低位热能向高位转移的特性，入选建筑、工业、农业等多领域关键应用技术。当前热泵装置能效比（COP）已达300%-400%，制冷采暖效率较传统燃气锅炉提升3-5倍，作为化石能源替代方案，正成为全球供热系统低碳转型的必然选择。本文从技术演进、产业布局、应用场景等维度解析全球热泵技术发展现状。
一、国外热泵发展现状
全球20余个主要经济体已将热泵技术纳入国家战略，通过财政激励、法规约束、技术标准等组合措施加速市场渗透。
美国通过《通胀削减法案》等政策持续强化热泵产业布局，2023年11月美国能源部（DOE）启动1.69亿美元专项资金支持热泵制造，2024年2月追加6300万美元用于住宅热泵产能建设。2023年全美空气源热泵出货量达361.7万台，气候联盟计划2030年前实现2000万台部署目标。
欧盟将热泵作为能源转型核心抓手，REPowerEU计划提出五年内累计部署1000万台目标。2022年欧洲21国热泵销量突破300万台，同比增幅37%。《净零工业法案》进一步明确2050年热泵装机量提升6倍的发展愿景。
英国通过锅炉升级计划推动民用市场转型，2024年公共部门脱碳计划投入11.7亿英镑用于公共建筑热泵改造，家庭用户更换热泵可获5000英镑补贴，政策驱动下热泵年部署量将从2021年5.5万台跃升至2028年60万台。
二、我国热泵发展现状
我国热泵技术发展深度融入"双碳"战略体系，政策支持力度持续强化。2021年《2030年前碳达峰行动方案》明确推广热泵等清洁供热方式，2022年《城乡建设领域碳达峰实施方案》强调建筑领域热泵替代，2023年《能源工作指导意见》鼓励地热能非电利用。
"十四五"期间，全国31个省份均出台地热能及热泵产业发展规划。北京计划2025年新增浅层地源热泵供暖面积2000万㎡，河北推进浅层地温能与中深层地热协同开发，河南重点发展再生水源热泵系统，甘肃探索井下换热技术创新应用。
| 地区 | 政策要点 |
| 北京 | 到2025年，全市新增浅层地源热泵供暖面积2000万平方米，新增中深层地热热泵供热面积200万平方米 |
| 河北 | 利用地源热泵，加快推广浅层地温能和中深层地热资源开发利用 |
| 河南 | 扩大浅层地热规模，优先发展土壤源热泵，积极发展再生水源热泵 |
| 甘肃 | 推动地热能分区分类利用、井下换热技术应用和浅层地热能开发利用 |
| 陕西 | 大力推进关中地区中深层地热能供热、浅层供热制冷 |
| 山东 | 推动浅层土壤源能源利用技术升级，形成适宜的、多元化的清洁供热解决方案 |
| 贵州 | 到2025年，浅层地热能利用面积达到2500万平方米；2030年达到5000万平方米 |
| 湖南 | 到2025年，新增浅层地热能建筑应用面积占新建建筑面积比例达10% |
| 江苏 | 到2025年，全省新增地热能建筑应用面积300万平方米，推广热泵分散供暖方式 |
| 安徽 | 鼓励建设地下水水源型或地埋管型地源热泵系统 |
| 江西 | 在大型公共建筑和星级绿色建筑中鼓励浅层地温能热泵技术应用 |
热泵行业受国内外需求高涨，发展加快，空气源热泵为市场主流。从国际来看，能源危机催化下热泵成为欧洲各国首选的供暖方式，我国热泵出口迎来机遇，产品在欧洲地区的渗透率进一步提升。从国内来看，随着国民生活水平不断提高，绿色环保意识增强，消费者更偏好环保、便利、高效的热泵产品。从产品销售类型来看，空气源热泵是占比最大的细分种类，占比91.5%，其次为水源热泵和地源热泵，占比6.4%，其它热泵占比2.1%。2022年我国空气源热泵产业内销市场规模为211.6亿元，同比增长6.3%，出口市场规模为69.5亿元，同比增长43.0%。
我国热泵技术发展深度融入"双碳"战略体系，政策支持力度持续强化。2021年《2030年前碳达峰行动方案》明确推广热泵等清洁供热方式，2022年《城乡建设领域碳达峰实施方案》强调建筑领域热泵替代，2023年《能源工作指导意见》鼓励地热能非电利用。
"十四五"期间，全国31个省份均出台地热能及热泵产业发展规划。北京计划2025年新增浅层地源热泵供暖面积2000万㎡，河北推进浅层地温能与中深层地热协同开发，河南重点发展再生水源热泵系统，甘肃探索井下换热技术创新应用。
热泵减排潜力巨大。2060年建筑供暖和热水供应碳排放降至2.71亿吨，潜在减排量达到30.81亿吨，其中建筑部门8.9%，工业生产21.3%，农业环境调控1.2%，其中热泵减排总量达20.95亿吨，占潜在减排量的70%。
三、热泵技术发展前沿
全球热泵技术专利布局呈现高度集中态势，中国以7872件授权专利（占比95.28%）领跑技术发展，韩国、日本、美国分列二至四位。关键技术聚焦高效变频驱动（F25B小类）、智能除霜（F24D小类）、高温热泵系统集成等领域。
从技术构成来看，以F25B小类（制冷机，制冷设备或系统；加热和制冷的联合系统；热泵系统）、F24F（空气调节、空气增湿、通风、空气流作为屏蔽的应用）和F24D（住宅或区域供热系统；生活热水供应系统；其原件或部件）等小类为核心，关键技术有高效气冷变频驱动技术、涡旋喷气增熔技术、智能除霜技术等。
从主题聚类和专利申请机构来看，空气源热泵包括低温空气源热泵、多能互补、室外换热器、除霜控制、粮食烘干、余热回收等主题。韩国申请机构有韩国电力（Korea Electric Power Corporation）、LG乐金电子（LG Electronics Inc）等，欧洲专利局申请机构有开利公司（Carrier Corporation）、日本大金欧洲公司（Daikin Europe N.V.）等。水源热泵包括高温水源热泵机组、污水源热泵、海水源热泵、生活热水、水蒸汽压缩机、双蒸发器等主题。美国申请机构有日本大金美国公司（Daikin Applied Americas Inc）等。地源热泵包括土壤源热泵、地源热泵机组、地埋管换热器、分集水器、地下换热器、供热系统等主题。韩国申请机构有三星工程公司（Samsung Eng Co Ltd）、韩国能源研究所（Korea Institute of Energy Research）等，日本有日铁工程公司（Nippon Steel Engineering Co Ltd）、三菱电机公司（Mitsubishi Electric Corp）等。
从技术应用来看，在建筑领域，热泵可代替锅炉和常规冷水机组为建筑进行供暖和制冷（与燃煤锅炉相比，可降低60%-80%的二氧化碳排放量）。在工业领域，通过热泵回收工业余热、废水余热用于供暖，热泵工业干燥等也在迅速推广。在农业领域，热泵可应用于农业生产环境调控，如农产品温室、水产养殖温室、畜禽养殖舍。在交通领域，热泵汽车空调是维持冬季乘员舱的热环境最有潜力的解决方案，多种车型已经开始应用。
四、未来热泵技术发展的新趋势
一是热泵多场景应用设备研发。目前中低温热泵（60~90摄氏度）的技术相对较成熟，已有大量商业化产品，拓展热泵应用范围是发展方向之一。开发-30℃超低温空气源热泵与120℃高温工业热泵，拓展极寒地区与制造业应用场景。
二是低全球变暖潜能值（GWP）工质及相关技术研发。研发低GWP值制冷剂，同步推进泄漏防控与回收技术研发，建立全生命周期环保评价体系。目前热泵及制冷设备的制冷剂，无论氢氟碳化物类还是混合物制冷剂的性能均有待进一步提高。未来制冷工质主要有三大发展方向，包括工质替代、减少制冷剂泄露、特殊应用场景工质研发。
三是热泵与蓄热、蓄能技术结合。耦合光伏、储能与热泵技术，开发跨季节储热型热泵系统，提升可再生能源消纳能力。
四是智能互联与AI优化控制。热泵技术与物联网、大数据及人工智能深度融合，通过智能感知环境变化与用户需求，匹配热泵系统源、网、荷、储各个环节，实现整体能效提升。应用数字孪生技术实现设备群控优化，结合气象预测与负荷感知实现能效动态管理。
五是多源化耦合与多能互补。未来热泵将进一步拓宽低品位热源来源，集成多种可再生能源，如太阳能、风能等，实现多源耦合利用。同时，促进空气源、水源、地源等多种类型热泵的复合应用，集成太阳能集热与土壤储能功能，适应多元应用需求。
